[发明专利]一种基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪

权利要求书

1.一种基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪，其特征在于，包括：

发光二极管(1)，其用于发射光源；

高斯滤波片(2)，其设置在所述发光二极管(1)的出光方向上，用于将所述发光二极管(1)发射的光源转化成高斯光束；

半反半透镜(3)，其设置在所述高斯滤波片(2)的出光方向上，用于将所述高斯光束分为反射光和透射光；

光谱处理单元(4)，其设置在所述半反半透镜(3)的透射光的出光方向上，用于对所述透射光进行偏振处理；

所述光谱处理单元(4)包括：

第一偏振控制器(41)，其设置在所述半反半透镜(3)的透射光的出光方向上；

第一偏振分束器(42)，其设置在所述第一偏振控制器(41)的出光方向上，用于将从所述第一偏振控制器(41)发出的偏振光分成沿竖直方向偏振的偏振光V和沿水平方向偏振的偏振光H；

第一平面镜(43)，其设置在所述偏振光H的出光方向上；

光学器件(44)，其设置在磁场中，且位于所述第一平面镜(43)的反射光的出光方向上，到达所述光学器件(44)的光束在其内部多次反射后射出；

第二平面镜(45)，其设置在所述光学器件(44)的出光方向上；

第三平面镜(46)，其设置在所述偏振光V的出光方向上；

第二偏振分束器(47)，其设置在所述第二平面镜(45)和第三平面镜(46)的共同出光方向上；

第二偏振控制器(48)，其设置在所述第二偏振分束器(47)的出光方向上；

光谱采集单元，其包括第一光谱仪(5)和第二光谱仪(6)，所述第一光谱仪(5)设置在所述半反半透镜(3)的反射光的出光方向上，用于采集原始光谱；所述第二光谱仪(6)设置在经偏振处理后的透射光的出光方向上，用于采集偏振处理后的光谱；

数据处理模块(7)，用于对所述原始光谱和偏振处理后的光谱进行比较，得到中心波长的移动。

2.根据权利要求1所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪，其特征在于，所述光谱处理单元(4)还包括：

补偿器(49)，其设置在所述第三平面镜(46)和第二偏振分束器(47)之间，用于补偿初始工作状态偏振光V与偏振光H之间的相位差，且所述补偿器(49)与数据处理模块(7)通信连接。

3.根据权利要求1所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪，其特征在于，所述第二光谱仪(6)设置在所述第二偏振控制器(48)的出光方向上。

4.根据权利要求2所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪，其特征在于，所述光学器件(44)，包括：

入射端面(441)，其上开设第一小孔(4411)；

出射端面(442)，其上开设第二小孔(4421)，所述第二小孔(4421)的高度大于第一小孔(4411)的高度；

所述入射端面(441)和出射端面(442)的内侧均镀有反射膜。

5.根据权利要求4所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪，其特征在于，所述光学器件(44)为Faraday磁光效应敏感光学器件，其制作材质为菲德尔系数的材料或在所述光学器件(44)的空腔内部充满菲德尔系数的气体。

6.根据权利要求5所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪，其特征在于，所述数据处理模块(7)包括：

AD采集单元(71)，其与所述第一光谱仪(5)、第二光谱仪(6)通信连接，用于采集从所述第一光谱仪(5)输出的原始光谱和从第二光谱仪(6)输出的偏振处理后的光谱；

计算单元(72)，其与所述AD采集单元(71)通信连接，用于根据原始光谱和偏振处理后的光谱计算得到中心波长的移动；

判断单元(73)，其与所述计算单元(72)通信连接，用于判断所述中心波长的移动是否小于光谱最小分辨率，若否，则调节补偿器(49)进行相位补偿；若是，则将中心波长的移动输出。

7.根据权利要求6所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪，其特征在于，所述计算单元(72)计算中心波长的移动的公式为：

式中，δλ₀表示中心波长的移动，Δλ为原始光谱的带宽，λ₀为中心波长，α为偏振光经过第一偏振控制器(41)后的偏振方向与竖直方向的夹角，β为合成的偏振光束经过第二偏振控制器(48)后的偏振方向与水平方向的夹角，Im()表示虚部，i表示虚数单位，为偏振光V和偏振光H总的相位差，N为光学器件(44)中光线反射的次数，D为光学器件(44)水平方向的长度，H₀为静态的地磁场大小，V_verdet为菲德尔系数，ΔH为磁异常变化引起磁场强度值的变化，Δφ为偏振光V与偏振光H之间的光程差带来的相位差，φ_m为补偿器(49)对应的调制相位。